use R for fun系列之小游戏开拓篇

许多人都错误的认为R仅仅是一个自由免费的统计阐明软件，加之其没有其他贸易软件诸如SAS、SPSS等贸易软件友好的界面而并不被许多人所喜爱，但事实上这是一个极其错误的认识，因为本文旨在通过一系列看似好逸恶劳但实则蕴含富厚R语言利用能力的内容纠结部门user对R 的领略，同时也但愿本文能勾起更多人对R的乐趣，敦促R敦促中国statistics的成长。
这里将其作为一个系列文章将会一连撰写，已经开工的包罗小游戏开拓篇、小应用开拓篇、图像处理惩罚篇、搞怪作图篇、哄骗office 篇、动画音乐视频建造篇等，各篇之间既有区别又相辅相成，涉及到的技术包罗思维的开阔性(idea是焦点)、编程艺术、可视化、矩阵运算、好package 的寻找等多个方面，可以说use R for fun 是user 对R综合应用本领的一个good test。
本文素材主要来自于三个方面，别离是统计之都论坛、CRAN以及笔者本身的一些拙作，出处均会在正文注明。
小游戏开拓篇本该在最后压轴，但思量到它的吸引力，因此把招牌菜放在了第一道，以诱使列位能继承读下去，让提前倒胃口的p值降到最小，故而作为开篇。言归正传，游戏最主要特点在于它需要人机互动可能人人互动，而实现这一点的一个较量直接的途径就是实现对键盘鼠标信息的读取与响应，而这恰恰可以通过R中的交互式作图系统轻松实现。
一、简述交互式作图
既然是小游戏，能自娱自乐足矣，因此我们的方针是用最少的资源来结果较大化，故没有这须要大费周折去屈驾rgl、rggobi、iplots这些了，就靠最原始最屌丝的graphics和grDevices包人给家足。所谓交互式作图，要害在于交互，而交互的要害又在于获取鼠标键盘的信息(还不至于用手柄吧)，那么首先我们就来总结一下鼠标键盘上毕竟有些什么有用的信息呢？键盘先来，键盘较量简朴，无非就是差异的按键，而对付差异的按键R的前辈早已为我们布置好了对应的参数值，待我后头一一道来；而鼠标则相对巨大些，对付鼠标自己的响应而言，包罗左击、右击、双击、移动四种，另外由于鼠标在显示器上还对应着一个小箭头，故鼠标上还承载着关于这个箭头的位置(坐标)甚至四周的信息，亏得这一点R也给我们筹备好了。相识这些之后，于是搞起！
1.1 键盘信息的获取
前面已经提到，对付键盘而言只有行动信息而没有位置信息，故只需思量行动信息的获取。幸运的是一个function的一部门就可以很是完美的办理这个问题了，就是getGraphicsEvent()，来历于grDevices包，尺度包的较大利益就是值得信赖。先来看下它的用法getGraphicsEvent(prompt = “Waiting for input”,onMouseDown = NULL, onMouseMove = NULL,onMouseUp = NULL, onKeybd = NULL,consolePrompt = prompt) 
在这里最重要的参数非onKeybd莫属，对付它的表明辅佐文件中的描写是a function to respond to key presses，也就是它对应的取值是一个函数，是响应键盘操纵的函数。需要留意的是，函数的输入参数为key，也就是指定响应的按键，如偏向键就别离是”Left”, “Up”, “Right”, “Down”，别的假如是大写字母的话，默认指的是shift+小写字母，所以在programming的时候务须要区分巨细写。附上一个简朴的例子，请看下面这段代码： par(bty=”n”,xaxt=”n”, yaxt=”n”,mar=c(0,0,0,0),cex=4,font=4);plot(c(0,1),c(0,1),type=”n”,xlab=””,ylab=””);num<-1:99;random1<-function(key){if(key==”a”){rect(0.2,0.2,0.8,0.8,col=”white”,border=NA);B<-sample(num,1);text(0.5,0.5,B,col=”blue”,cex=4);}}getGraphicsEvent(“run”,onKeybd=random1); 运行之后只要按下“a”，作图界面就会跳出一个从1到99中随机抽取的一个数，每按一次就会随机抽取一个，按住不放就会这么一直下去，窃觉得委曲可以算是一个简朴的抽奖装置了(后头还会对其做些改造)。值得一提的是，关于参数prompt小我私家感受并不是很重要，在上述例子中，其浸染就是在呼吁窗口中显示了run(虽然作图装口的标题也会对应改变)。
1.2 鼠标信息的获取
固然键盘有许多按键，但都可以依葫芦画瓢，实属简朴，而对付鼠标来说则相对巨大一些。
1.2.1 位置信息
关于位置信息则主要依赖于locator函数和identify函数，用起来也长短常好用，先说locator，它的用途是获取点的坐标，先看一下他的usagelocator(n = 512, type = “n”, …)
看到这么简捷的usage瞬间以为神清气爽，意思很是简朴，n指的是你取点的上限，缺省为512个点，type指的则是取点进程中描点的方法，取值的范畴主要是四种，别离是”n”,”p”,”l”,”o”，这里缺省值是”n”，也就是只取值不画点，而”l”则是把点与点连成线了，”p”就是点，”o”的话你用了就知道了。既然用法这么简朴那就先用为快，再次请看代码：
par(bty=”n”,xaxt=”n”, yaxt=”n”,mar=c(0,0,0,0),cex=5,font=4);plot(c(0,1),c(0,1),type=”n”,xlab=””,ylab=””);locator(n=5,type=”l”,lwd=2,col=sample(1:7,1));
这让我想起来学arcGIS的时候那坑爹的大功课——描舆图，把所谓的栅格数据矢量化，泪崩。
接下来讲讲identify这个函数，也是一个很神奇的函数，它通过鼠标点击一幅散点图(只要本质上有点就行，折线图什么的问题也是不大的)识别鼠标周围的数据点，而且可以给辨识出的数据添加标签，其实也就是捕获我们需要的点，这在交互中很是有用，用法：
identify(x, y = NULL, labels = seq_along(x), pos = FALSE,n = length(x), plot = TRUE, atpen = FALSE, offset = 0.5,tolerance = 0.25, …)前提是要已经存在一幅图，表明一下参数，x和y无需多言，散点图的原始数据，labels为数据的标签，也就是显示在屏幕上的，缺省环境用的就是阿拉伯数字的正整数，n指的是较大识此外点的上限，tolerance是一个识此外尺度，越小识此外精度也越高，也就是只有离原始数据充实近的点才会被识别，当plot=T的时候label会显示出来，而atpen和offset则是描写了标志label 的位置。 同样附上一个简朴的例子：par(bty=”n”,xaxt=”n”, yaxt=”n”,mar=c(0,0,0,0),font=4);plot(c(0,1),c(0,1),type=”n”,xlab=””,ylab=””);xx<-runif(100);yy<-runif(100);identify(xx,yy);运行一下之后是不是有一种寻宝的感受呢？别急后头会有更好玩的。1.2.2 行动信息对付行动信息而言，从某种水平上讲跟前面提到的键盘属于异曲同工，只不外这里所用的参数是onMouseDown, onMouseMove, onMouseUp，参数的意义看名字就能知道了，同样参数对应的是一个函数，这里函数的输入参数酿成了三个，别离是button、x、y，button是需要你指定点击鼠标的形式，左击为对应的取值是0，右击为1，x和y指的就是鼠标地址点，也就是谁人箭头。关于详细用法的装逼表明请进一步阅读辅佐文件，但小我私家以为一个example胜过千言万语，因此这里同样通过一个例子来办理所有问题，请看代码：par(bty=”n”,xaxt=”n”, yaxt=”n”,mar=c(0,0,0,0),cex=5,font=4);plot(c(0,1),c(0,1),type=”n”,xlab=””,ylab=””);move<-function(button,x,y){points(x,y,cex=2,col=sample(1:7));}getGraphicsEvent(“”,onMouseMove=move);
运行之后就会发明，此刻你可以本身涂鸦了。是不是很棒！
二、游戏界面建造
相识了交互式作图，可以说攻陷了较大的技能难关，可是再焦点也只是一个环节，对付玩游戏的人而言，他们永远不会去体贴你的交互是如何实现的，他们只会存眷外貌的对象，这就涉及到游戏开拓进程中的另一个重要环节——游戏界面的建造。R中主要包括了四套作图系统，别离是基本作图系统、grid、lattice、ggplot，同样对付做个小游戏界面而言，用最原始的基本作图系统就足矣，究竟咱不是暴雪、EA。
2.1 par函数
假如足够细心的话那么必定已经留意到了我之前给的小例子中在最前面总会加上这么一句
par(bty=”n”,xaxt=”n”, yaxt=”n”,mar=c(0,0,0,0),cex=5,font=4);
par是一个极其重要的配置图形参数(虽然也可以获取)的函数，尤其是对付很是想追求作图结果的user而言(ggplt2脑残粉可临时忽略这句话)。随便举个例子，总不行能在游戏界面中呈现一个坐标系吧，那不免也太丧心病狂了，这也就是bty=”n”的意义之地址了。因此做界面的一个首要条件是要学会配置，也就是会运用par函数(许多配置在plot等画图函数也能实现)，par函数参数浩瀚，包围面很全，想具体相识的仔细阅读辅佐文件即可。别的谢大在他未完成的在线著作《现代统计图形》中也有对par函数和plot函数具体解读，还包罗先容哪些参数是只能在par 中配置的，可以说是提取了辅佐文件中的英华部门翻译后揭示出来，很有进修代价。
2.2 初级画图函数
游戏不行制止的需要在现有作图窗口下反复作图，而这件工作像plot之类的是完不成的(再用一个plot就前功尽弃了)，因此只能交给初级画图函数来做，需要充实操作初级画图函数的另一个重要原因就是初级画图函数可觉得我们画一些非凡图形提供便利，如多边形，箭头等。这也是为什么我在之前的代码中的第二行都无一破例的加了
plot(c(0,1),c(0,1),type=”n”,xlab=””,ylab=””);
用plot把作图设备开出来接下来就可以用初级画图函数为所欲为了。一些常用的初级画图函数包罗了points(点)、lines(曲线)、segments(线段)、rect(矩形)、arrows(箭头)、polygon(多边形)等等，虽然也不要忘了用来添加文本的text()等。
2.3 色彩搭配
关于基本作图系统的中色彩，主要由grDevices包认真，事实上它所提供的调色成果很是强大，而我们只是操作到个中的极小一部门，关于该包，可以参考这里，所有内容一览无余，虽然图省事图利便同样可以参考谢大的《现代统计图形》，着实是本好书。由于本人审雅观很是拙计，因此点到为止，再说下去就是误导了。
2.4 写function能事半功倍
通过写function可以简化编程进程中的许多贫苦事。举个例子，假如游戏需要多处用绘制旗子，每次反复操纵岂不是很贫苦，就算可以复制粘贴，可是一方面影响运行效率，另一方面影响代码可读性，因此在这种环境下，我们通过如下代码编写一个绘制旗子的function，就可以一劳永逸了。
plot.flag<-function(x,y,…){polygon(c(x-0.1,x-0.1,x+0.25,x+0.25),c(y+0.1,y+0.3,y+0.3,y+0.1),col=”red”,border=”red”);polygon(c(x-0.3,x-0.3,x+0.3,x+0.3),c(y-0.3,y-0.2,y-0.2,y-0.3),col=”black”,border=”black”);segments(x-0.1,y+0.3,x-0.1,y-0.2);}
较量符合的做法，把有用的函数事先在代码最前面先界说好，function写完后不妨先测试一下，这样会显得有层次而不容易堕落，事实上在各个环境都是如此。
三、示例-瞻仰COS前辈
示例永远都是王道，接下来所先容的几个示例都出自COS论坛，由统计之都的前辈大牛们所做，此刻都已经被收录在fun包中，可以说属于乐成的规范。在该包的github上都可以找到源代码，虽然直接在package中也可以找到。
3.1 (围棋)五子棋
其在fun包中的函数为gomoku，意为五子棋，的一个tag是用于配置棋盘的巨细，默认为19，即棋盘巨细为19*19，也是尺度围棋棋盘，关于该idea的原帖来自于COS论坛。其实道理也很是简朴，操作locator 函数的交互获取坐标信息，然后按照坐标信息寻找到离其最近的一个交错点，再操作points函数在改点落子，从而实现了在R中下围棋可能五子棋。欠缺的是内里好像欠缺对胜负的评判，无论是对五子连珠的判定照旧围棋中点目，并没有在个中添加相关的呼吁。有乐趣的读者也可自行去研究源代码(代码并不长)。看起来可有模有样啊！
3.2 扫雷
还记得之前提到的画旗子么，这里就用上了，虽然远远不止画旗子这么简朴，假如说棋类的胜负可以由两边自行判定的话，那么扫雷这种人际交互的游戏就必定做不到了，因此代码也比之前的要长许多。在这段代码中回收了getGraphicsEvent函数举办交互，别离针对左击和右击配置差异的相应。结果也很是棒，也是笔者熬夜必备游戏之一。忘了说了，对应的函数是mine_sweeper()，对应的参数别离可以配置巨细，雷的个数等，相当调解游戏的难度，论坛原帖在这里。

3.3 关灯游戏

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关灯游戏貌似在手机上挺风行的，法则也无需多说，很是好玩的一个游戏，同样是我刷夜必备。同样是用到了getGraphicsEvent函数举办交互操纵，代码很是简捷，可读性很强，不外可玩性更强。这里也就不再多说了。对应的函数是lights_out()，关于函数的参数width和height用于配置灯的个数，col.off和col.on别离用于暗示等熄灭和点亮的颜色。较量有意思的参数是seed, 用来配置随机数种子，也就是能让你每次都处于同一个起点，较量利便作弊。

另外fun包中的游戏尚有拼图游戏(sliding_puzzle)和汉诺塔(tower_of_hanoi)，论坛原帖的地点：拼图、汉诺塔。

四、示例——如何DIY？

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下面的示例并没有任何可取之处，结果更是无法上面的这些个示例对比，之所以厚着脸皮放在这里的目标在于说明programming的进程，一个由简到繁不绝改造的进程，好文章是改出来的同样好措施也是改出来的，事实证明，通过改造至少可以把很挫编程略微有点挫。

4.1 抽奖装置

这个示例是对之前表明getGraphicsEvent函数时所给example的改造。对面对选择时，纠结是不免的，例如说谁去拿外卖，选谁做代表，谁能中奖等等。这里我们不妨以那段示例为基本，给界面做一些修缮，这样一个简略的抽奖装置就完成了。

par(bty=”n”,xaxt=”n”, yaxt=”n”,mar=c(0,0,0,0),cex=4,font=4);

plot(c(0,1),c(0,1),type=”n”,xlab=””,ylab=””);

text(0.4,0.9,”Who’s turn?”,

col=rainbow(1000)[sample(1:1000,1)],cex=1);

text(0.8,0.1,”made by Chen-ang Liu”,

col=rainbow(1000)[sample(1:1000,1)],font=2,cex=0.2);

num<-1:99;

A<-100;

run<-function(key){

if(key==”s”){

rect(0.2,0.2,0.8,0.8,col=”white”,border=NA);

B<-sample(num,1);

A<-c(A,B)

text(0.5,0.5,B,col=rainbow(1000)[sample(1:1000,1)],cex=4);

}

}

getGraphicsEvent(“run”,onKeybd=run);

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虽然这只是对界面做了变动，还可以在成果长举办改造，简朴一点的，可以增加一些文字素材，表白其用途，再进一步，将其与鼠标团结，从而扩大成果(如增加一些按钮等)，思量到前面已经有这么多乐成的案例，这里也就不再多加赘述了。

五、一条龙之作——sudoku包

本想不提这个包的，因为这个包实在是统计之都没啥干系，但本着求是的校训照旧在最后简朴提一下，因为该包对数独游戏的构建上已经做到了很是完整了，某种水平上讲也是把无聊推向了极致(我以为我已经够无聊了)，该包可以在CRAN上下载，包中共有八个函数，成果涵盖了获取数独题(从http://www.sudoku.org.uk中)、生成数独题、解数独题(这是最不无聊的部门)、写数独题虽然尚有玩数独。玩数独用到的函数是playSudoku()，假如不是在windows下的话，还需要安装tkrplot包。直接用默认配置即可，输入呼吁(加载这种话就不消我多说了吧)

> playSudoku()

Solving…done!

? — this help

1-9 — insert digit

0,’ ‘ — clear cell

r — replot the puzzle

q — quit

h — hint/help

c — correct wrong entries (show in red)

u — undo last entry

s — show number in cell

a — show all (solve the puzzle)

Ready!

玩法是把鼠标拖至空格处，然后输入数字即可，假如受不了了那么可以凭据上面的提示寻求相应的辅佐。

关于小游戏就临时写到这了，假如有更好的示例可能idea接待和我可能COS的几位前辈接洽，并实时更新，虽然假如很棒的话目测就坚决收录fun包了，下一篇将是小应用开拓篇，内里将会给出更多的示例和demo，内容更出色！